壓力容器零部件

1、第二節(jié) 壓力容器零部件,1.2.1 筒體和封頭,1.2.4 設(shè)備的開孔,1.2.5 設(shè)備安全附件,1.2.2 法蘭聯(lián)接,1.2.3 設(shè)備的支座,1.2壓力容器零部件,壓力容器的結(jié)構(gòu),零部件的二個基本參數(shù),對于用鋼板卷制的容器筒體而言，其公稱直徑的數(shù)值等于筒體內(nèi)徑。 當(dāng)容器筒體直徑較小時(shí)，可直接采用無縫鋼管制作時(shí)，這時(shí)容器的公稱直徑等于鋼管的外徑。 管子的公稱直徑（通徑）既不是管子的內(nèi)徑也不是管子的外徑，而是一個略小于外徑的數(shù)值。,公稱直徑（DN）,零部件的二個基本參數(shù),國家標(biāo)準(zhǔn)GB1048將管路元件的公稱壓力分為以下十個等級：0.25MPa、0.6MPa、1.0Ma、1.6MPa、2.5MPa

2、、4.0MPa、6.30MPa、10.0MPa、16.0MPa、25.0MPa 。,公稱壓力（PN）,1.2.1 筒體和封頭,筒體和封頭是構(gòu)成壓力容器的兩個最基本元件，工程上絕大多數(shù)壓力容器的筒體均為圓筒形。 筒體通常由鋼板卷焊而成或直接采用無縫鋼管。,鋼板卷焊而成的壓力容器公稱直徑指的是內(nèi)徑； 直接采用無縫鋼管制作的容器公稱直徑指的是外徑。,橢圓形封頭,橢球形封頭,碟形封頭,錐形封頭,平板封頭,1.2.2 法蘭聯(lián)接,法蘭聯(lián)接的特點(diǎn)：,1、密封可靠：能保證緊密不漏；,2、強(qiáng)度高：附加法蘭不削弱整體強(qiáng)度；,3、適用面廣：設(shè)備和管道均可適用；,4、可拆聯(lián)接：可多次重復(fù)裝拆；,5、經(jīng)濟(jì)合理：可批量生

3、產(chǎn)。,法蘭聯(lián)接的工作原理：,法蘭連接結(jié)構(gòu)型式和標(biāo)準(zhǔn),1）法蘭密封面的型式,(a) 全平面型壓緊面（Flat face）：柔軟材料墊片，或鑄鐵、搪瓷、塑料等低壓法蘭場合。 (b) 突出平面型壓緊面（Raised face）：p2.5MPa，加三、四道周向溝槽后，可以提高密封壓力。簡單但不易對中，螺栓力大。 (c) 凹凸型壓緊面（Malefemale face）：便于對中，墊片不易被擠出和吹出，p6.4MPa (d) 榫槽型壓緊面（Tonguegroove face）：墊片窄，螺栓力小，安裝簡單，不會偏，且少受沖刷和腐蝕。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更換墊片困難（有小技巧：安裝時(shí)在密封墊上涂石墨），適用于易燃易

4、爆和高度或極度危害等重要場合。 (e) 梯形壓緊面（Trapezium face）：適用于高溫，壓力較高場合，O形圈、金屬墊圈 八角墊、橢圓墊,（a）全平面,（b）突面,（c）凹凸面,（d）榫槽面,（e）環(huán)連接面（梯形槽）,突出平面型壓緊面,凹凸面法蘭連接,榫槽面法蘭連接,榫槽型密封面,梯形槽密封面,金屬與金屬的接觸（Metal to metal）,控制壓縮墊片盡管存在墊片，在螺栓預(yù)緊后，法蘭發(fā)生金屬與金屬的接觸,主要特點(diǎn)：將墊片壓縮到預(yù)定的厚度后，繼續(xù)追加螺栓載荷直到與法蘭接觸。,優(yōu)點(diǎn)： a 當(dāng)存在介質(zhì)應(yīng)力和溫度波動時(shí)，墊片上的密封載荷不發(fā)生變化，以致接頭保持在最佳的泄漏控制狀態(tài) b 同時(shí)螺

5、栓不承受循環(huán)載荷，減少了發(fā)生疲勞或松脫的危險(xiǎn) c 減少了法蘭的轉(zhuǎn)角,2）密封面應(yīng)具備的表面性質(zhì)：,(b) 法蘭密封表面加工紋路：同心圓線或螺旋線 前者更好，但不易做到，絕不允許有徑向劃痕。 檢修時(shí)一定要注意清理密封面殘留物時(shí)不能有徑向劃痕。,(a) 有一定的粗糙度,管法蘭密封面粗糙度的要求,3）法蘭的類型,分類方法 用途：容器法蘭和管法蘭； 密封面寬窄：寬面法蘭和窄面法蘭； 材料：金屬和非金屬，前者又分鋼制、鑄鐵和有色金屬； 形狀：圓形、矩形和橢圓形； 制造：整體法蘭和焊接法蘭,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布標(biāo)準(zhǔn)： ISO70051：1992 “金屬法蘭鋼法蘭”，法蘭類型11種。,法蘭的種類很多，主要用鋼

6、制圓形窄面法蘭,(a)帶（長）頸對焊法蘭 (b)帶頸平焊法蘭 (c)帶頸承插焊法蘭 (d)板式平焊法蘭 (e) 翻邊環(huán)松套法蘭 (f) 螺紋法蘭 (g)平焊環(huán)松套法蘭 (h)法蘭蓋,松套法蘭,螺紋法蘭,搭接法蘭,板式平焊法蘭,板式法蘭,4）法蘭標(biāo)準(zhǔn)和選用原則,容器法蘭和管道法蘭兩種,(1) 容器法蘭標(biāo)準(zhǔn),壓 力 容 器 法 蘭 JB4700470792,JB470092 壓力容器法蘭分類與技術(shù)條件,適用范圍：公稱壓力0.256.4MPa，工作溫度-20450 分類：甲型平焊法蘭，乙型平焊法蘭，長頸對焊法蘭 法蘭、墊片、螺柱、螺母材料的匹配,容器法蘭公稱直徑：指與法蘭相配的筒體或封頭的公稱直徑。

7、,壓力容器的公稱直徑DN：,只要是確定了公稱直徑和公稱壓力，法蘭的尺寸就確定了，不論何種材料。,公稱壓力pN：一定溫度和材料的法蘭的最高工作壓力。,容器法蘭的公稱壓力是以16Mn在200時(shí)的最高操作壓力為依據(jù)制訂的。,材料和使用溫度不同時(shí)，最大允許工作壓力將降低或升高,如pN4.0的標(biāo)準(zhǔn)長頸法蘭 用16Mn，200以下時(shí)pmax為4.00MPa，400時(shí)pmax為3.08MPa； 用20鋼，200以下時(shí)pmax為2.90MPa，400時(shí)pmax為2.01MPa； 15MnMo，200以下時(shí)pmax為4.27MPa，400時(shí)pmax為4.00MPa。,法蘭分類及系列參數(shù),甲乙型平焊法蘭的最大允許

8、工作壓力,甲乙型平焊法蘭的最大允許工作壓力,法蘭、墊片、螺柱、螺母材料匹配表,長頸對焊法蘭的最大允許工作壓力,長頸對焊法蘭的最大允許工作壓力,墊片,JB470492 非金屬軟墊片,JB470692 金屬包覆墊片,JB470592 纏繞墊片,雙頭螺柱,JB470792 等長雙頭螺柱,(2) 管道法蘭標(biāo)準(zhǔn),我國最早的化工生產(chǎn)中使用的管道法蘭標(biāo)準(zhǔn)是：HG5006502658，其它JB749059等 1988年頒布國家標(biāo)準(zhǔn)鋼制管法蘭GB9112913188 1991年化工部頒布新標(biāo)準(zhǔn)HGJ447691鋼制管法蘭、墊片、緊固件，這一標(biāo)準(zhǔn)存在與58年標(biāo)準(zhǔn)及國家標(biāo)準(zhǔn)不配套的問題，所以1997年重新修訂HG2

9、05922063597。 石化標(biāo)準(zhǔn)SH3401340796,注意：管法蘭標(biāo)準(zhǔn)制訂了法蘭的壓力溫度等級，也規(guī)定了不同公稱壓力下法蘭的最大允許工作壓力，與容器法蘭不同的是不管何種材料，其最大允許工作壓力均小于公稱壓力。,1.2.3設(shè)備的支座,1)、懸掛式支座,懸掛式支座通常由兩塊筋板和一塊底板焊接而成,如A型、不帶墊板，3號耳式支座，支座材料為Q235A.F 標(biāo)記為：JB/T4725-92，耳座AN3，Q235A.F,JB/T4724標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了耳式支座的標(biāo)記：,2)、支腿式支座,（1）公稱直徑DN4001600； （2）圓筒長度L與公稱直徑DN之比L/DN5； （3）容器的總高H5000mm。,支

10、腿式支座的標(biāo)記為：,如容器公稱直徑DN800，角鋼支柱支腿，不帶墊板，材料為Q235-A.F，支承高度H=800mm。標(biāo)記為： JB/T 471392，支腿AN3800,3)、支承式支座,（1）公稱直徑DN8004000； （2）圓筒長度L與公稱直徑DN之比L/DN5； （3）容器的總高H10m。,支承式支座的標(biāo)記為：,裙座的結(jié)構(gòu),4）裙式支座,5）鞍式支座,鞍式支座常用于臥式設(shè)備。鞍座由一塊底板、一塊豎板和若干塊肋板焊接而成。,臥式設(shè)備一般采用雙支座，一個型，一個型。其中型的螺栓孔為園孔，型的螺栓孔為長園孔。,鞍式支座的位置布置應(yīng)符合ARi/2和A L/2。,A,L,1.2.4 設(shè)備的開孔,

11、1)、設(shè)備開孔的裝置,設(shè)備的管口與凸緣,人孔,手孔及檢查孔,一、補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu),補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu),局部補(bǔ)強(qiáng),整體補(bǔ)強(qiáng),1.2.3 設(shè)備的開孔,（1）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng),結(jié)構(gòu)：,補(bǔ)強(qiáng)圈貼焊在殼體與接管連接處，見（a）圖。,優(yōu)點(diǎn)：,結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用經(jīng)驗(yàn)豐富；,圖4-37 （a）,缺點(diǎn)：,1）與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時(shí)，存在較大熱膨脹差，在補(bǔ)強(qiáng)局部區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力； 2）與殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，抗疲勞性能差。,1.2.3 設(shè)備的開孔,中低壓容器應(yīng)用最多的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，一般使用在 靜載、常溫、中低壓、 材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度低于540MPa、 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于1.5n、

12、 殼體名義厚度n不大38mm的場合。,應(yīng)用：,HG21506-92補(bǔ)強(qiáng)圈，JB/T4736-95補(bǔ)強(qiáng)圈,標(biāo)準(zhǔn)：,1.2.3 設(shè)備的開孔,（2）厚壁接管補(bǔ)強(qiáng),結(jié)構(gòu)：,在開孔處焊上一段厚壁接管，見（b）圖。,特點(diǎn)：,補(bǔ)強(qiáng)處于最大應(yīng)力區(qū)域，能更有效地降低應(yīng)力集中 系數(shù)。接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡單，焊縫少，焊接質(zhì)量容易 檢驗(yàn)，補(bǔ)強(qiáng)效果較好。,圖4-37 （b）,高強(qiáng)度低合金鋼制壓力容器由于材料缺口敏感性較高，一般都采用該結(jié)構(gòu)，但必須保證焊縫全熔透。,應(yīng)用：,1.2.3 設(shè)備的開孔,1.2.3 設(shè)備的開孔,補(bǔ)強(qiáng)金屬集中于開孔應(yīng)力最大部位，能最有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)；可采用對接焊縫，并使焊縫及其熱影響區(qū)離開最大應(yīng)力

13、點(diǎn)，抗疲勞性能好，疲勞壽命只降低1015%。,重要壓力容器，如核容器、材料屈服點(diǎn)在500MPa以上的容器開孔及受低溫、高溫、疲勞載荷容器的大直徑開孔容器等。,結(jié)構(gòu)：,將接管和部分殼體連同補(bǔ)強(qiáng)部分做成整體鍛件，再與 殼體和接管焊接，見（c）圖。,優(yōu)點(diǎn)：,缺點(diǎn)：,鍛件供應(yīng)困難，制造成本較高。,應(yīng)用：,1.2.3 設(shè)備的開孔,二、開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,指采取適當(dāng)增加殼體或接管厚度的方法將應(yīng)力集中系數(shù)減小到某一允許數(shù)值。,開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)：,開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,1.2.3 設(shè)備的開孔,（1）等面積補(bǔ)強(qiáng),定義：殼體因開孔被削弱的承載面積，須有補(bǔ)強(qiáng)材料在離孔邊一定距離范圍內(nèi)予以等面積補(bǔ)償。,原理：以雙向受拉伸的無限

14、大平板上開有小孔時(shí)孔邊的應(yīng)力集中作為理論基礎(chǔ)的，即僅考慮殼體中存在的拉伸薄膜應(yīng)力，且以補(bǔ)強(qiáng)殼體的一次應(yīng)力強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。故對小直徑的開孔安全可靠。,問題：沒有考慮開孔處應(yīng)力集中的影響，沒有計(jì)入容器直徑變化的影響，補(bǔ)強(qiáng)后對不同接管會得到不同的應(yīng)力集中系數(shù)，即安全裕量不同，因此有時(shí)顯得富裕，有時(shí)顯得不足。,優(yōu)點(diǎn)：長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，簡單易行，當(dāng)開孔較大時(shí)，只要對其開孔尺寸和形狀等予以一定的配套限制，在一般壓力容器使用條件下能夠保證安全，因此不少國家的容器設(shè)計(jì)規(guī)范主要采用該方法，如ASME -1和GB150等。,1.2.3 設(shè)備的開孔,1.2.3 設(shè)備的開孔,焊接接頭系數(shù)小于1但開孔位置不在焊縫上等等,

15、三、允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑,強(qiáng)度裕量,接管和殼體實(shí)際厚度大于強(qiáng)度需要的厚度,接管根部有填角焊縫,上述因素相當(dāng)于對殼體進(jìn)行了局部加強(qiáng)，降低了薄膜應(yīng)力從而也降低了開孔處的最大應(yīng)力。因此，對于滿足一定條件的開孔接管，可以不予補(bǔ)強(qiáng)。,1.2.3 設(shè)備的開孔,1.2.3 設(shè)備的開孔,補(bǔ)強(qiáng)材料一般需與殼體材料相同，若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力小于殼體材料許用應(yīng)力，則補(bǔ)強(qiáng)面積按殼體材料與補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力之比而增加。若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力大于殼體材料許用應(yīng)力，則所需補(bǔ)強(qiáng)面積不得減少。,要求：,1.2.3 設(shè)備的開孔,1.2.5 設(shè)備安全附件,1)、安全閥,作用：當(dāng)壓力超過正常工作壓力，能自動打開，介迅速排放，使設(shè)備內(nèi)

16、的壓力保持在最高許用壓力范圍內(nèi)，保證其處于安全狀態(tài)。,2)、爆破片,使用場合 容器內(nèi)的介質(zhì)易于結(jié)晶或聚合，或帶有較多的粘性物質(zhì)，容易堵塞安全閥，或使安全閥的閥芯和閥座粘在一起； 容器的內(nèi)壓由化學(xué)反應(yīng)或其他原因會迅速上升，安全閥難以及時(shí)排出所產(chǎn)生的大量氣體，且無法及時(shí)降壓。但不適用于壓力劇增，反應(yīng)速度達(dá)到爆轟時(shí)的壓力容器； 容器內(nèi)的介質(zhì)為劇毒或極為昂貴的氣體，使用安全閥難以達(dá)到防漏要求。,3)、壓力表、液面計(jì)和測溫儀表,壓力表選用要求 所選壓力表必須與壓力容器內(nèi)的介質(zhì)相適應(yīng)； 低壓容器使用的壓力精度不低于2.5級；中、高壓容器使用的壓力表精度不應(yīng)低于1.5級； 壓力表盤刻度極限值為最高工作壓力的1.53.0倍，最好選用2倍，表盤直徑不應(yīng)小于100mm。,壓力表安裝要求 裝設(shè)位置應(yīng)便于操作人員觀察和清洗，且應(yīng)避免受到輻射熱、凍結(jié)或震動的不利影響； 壓力表與壓力容器之間，應(yīng)裝設(shè)三通旋塞或針形閥，三通旋塞或針形閥上應(yīng)有開啟標(biāo)記和鎖緊裝置，壓力表和壓力容器之間不得連接其他用途的任何配件或接管； 用于水蒸汽介質(zhì)的壓力表，在壓力表與壓力容器之間應(yīng)裝有存水彎管； 用于具有腐蝕性或高粘度介質(zhì)的壓